[发明专利]一种基于双层纳米光栅的微纳陀螺仪的加工方法

说明书

本发明公开一种基于双层纳米光栅的微纳陀螺仪的加工方法，包括以下步骤：首先清洗SOI晶圆，干燥，在SOI晶圆表面采用低压化学气相沉积方法沉积一层氮化硅作为第一层掩膜，接着在氮化硅掩膜表面旋涂光刻胶层，并固化；采用深硅刻蚀工艺在SOI晶圆器件层加工得到双质量微谐振器的结构；采用机械抛光减薄SOI晶圆，清洗表面，利用电子束曝光在光刻胶层上得到固定光栅的图案，在盖帽上表面喷涂光刻胶层，利用第四块光刻胶定义金属焊盘的位置，然后通过剥离工艺得到通孔内的金属焊盘，该金属焊盘通过引线键合与金属导线结合，实现器件层内外的电信号传输。本发明具有测量精度高、不受电磁干扰和便于批量生产优点，应用范围广，有着良好的市场前景。

技术领域

本发明涉及一种基于双层纳米光栅的微纳陀螺仪的加工方法，属于微光机电和惯性导航技术领域。

背景技术

微惯性器件是测量物体运动加速度和角速度的关键器件，属于MEMS(微机械系统)产品之一，主要包括微机械加速度计和微机械陀螺仪。与传统惯性器件相比具有小尺寸、低功耗、低成本、便于批量生产等特点，使其在汽车消费类电子、导航定位、武器制导等领域拥有广泛的应用。

当前大多数微机电陀螺采用哥式效应和电容检测的方案。该方案中，电容检测容易受到寄生效应的干扰，精度和动态性能难以兼顾，这限制了微机电陀螺在诸多对测量精度要求较高的领域的应用。

而光学元件受到寄生效应的干扰则可以忽略不计，为此，研究人员提出将微机电与微光学结合，设计了一系列微光机电系统，其中就包括了微光机电陀螺仪。

光栅作为一种非常重要的光学元件，被广泛应用于集成光路、光通信、光学互连、光信息处理、光学测量等领域中。目前，光学衍射光栅作为光栅中的一种已经被人们广泛应用，它具有周期性的空间结构，一般是在介质或者金属上进行刻蚀形成折射率调制而制成的。光学衍射光栅可以分为透射光栅和反射光栅，其中衍射光栅的衍射级次主要由光栅周期和入射光波长的大小决定的。对于光学衍射光栅，当其光栅周期远大于入射光波长时，光波入射到光栅上将会产生多个级次的衍射光波，此时适合采用标量衍射理论对光栅进行计算研究。当光栅周期与入射光波长近乎相等时，光波入射到光栅上仅仅产生零级和1级衍射波。当光栅周期远小于入射光波长时，光波入射到光栅上仅仅产生零级衍射波。对于光栅周期小于或等于入射光波长的情况时，必须采用矢量衍射理论对光栅进行计算研究。本项目所用的纳米光栅就属于光栅周期远小于入射光波长的亚波长光栅，该类光栅具有特殊的衍射特性，因此可以用于实现一些传统光学器件无法实现的光学功能，此外，纳米光栅器件还具有价格相对较低，易于集成等优点，因此在光学应用上具有巨大的潜力。

发明内容

发明目的：为克服现有技术不足，降低陀螺仪内部的耦合效应并提高其测量精度，本发明旨于提供一种基于双层纳米光栅的微纳陀螺仪的加工方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

基于双层纳米光栅的微纳陀螺仪的加工方法，包括以下步骤：

1)清洗SOI晶圆，干燥，在SOI晶圆表面采用低压化学气相沉积方法沉积一层氮化硅作为第一层掩膜，接着在氮化硅掩膜表面旋涂光刻胶层，并固化；

2)在步骤1)得到的SOI晶圆器件层利用第一块掩膜版，在紫外线光刻机上定义双质量块微谐振器的质量块、驱动框架和解耦梁的图案与位置，接着将SOI晶圆器件层转移到电子束光刻机上，采用电子书曝光的方法得到光栅的图案，然后使用反应离子刻蚀工艺在第一层掩膜开出进一步刻蚀的窗口，使用丙酮溶液去除残留的光刻胶层；

3)采用深硅刻蚀工艺在SOI晶圆器件层加工得到双质量微谐振器的结构，之后使用氢氟酸去除残留的第一层掩膜，得到器件层；

4)采用机械抛光减薄SOI晶圆，清洗表面，干燥后采用低压化学气相沉积方法沉积一层氮化硅作为第二层掩膜后，在氮化硅表面旋涂光刻胶层，固化；